袖珍永磁端引出PIG离子源

介绍了一个袖珍永磁端引出ＰＩＧ离子源，它可用于产生各种气体的单电荷和多电荷离子，在不大于３０Ｗ的放电功率下，可引出ｍＡ级离子流，源的阴极寿命大于２００ｈ。     

边引出永磁PIG离子源的某些进展

引言简易、中流强、多离子种类离子源对于注入机是十分有益的。目前看来经由宋执中等人发展起来的永磁边引出潘宁源,经适当改进后是一可供选择的源型。为此,笔者在此基础上,对源的结构、阴极材料进行了一些变革和试验,现介绍如下。     

引出负离子的永磁边引出PIG源

介绍了一个可引出Ｈ、Ｏ、Ｆ等负离子的永磁边引出ＰＩＧ源。在１５ｋＶ引出电压下，可获得Ｏ＾－离子１３０μＡ，Ｆ＾－，离子７５μＡ，功率消耗分别约为１１０、２８０Ｗ。     

永磁端引出溅射PIG源进展

介绍了永磁端引出溅射ＰＩＧ离子源的进展状况，通常它可用于引出气体的与金属的单或多电荷离子，在２０－３０ｋＶ的引出电压下，可引出ｍＡ级的气体离子和数十微安的金属离子，功耗小于５０Ｗ。同时也可用于直接引出某些电子亲合势料强的气体元素，如，Ｈ，Ｏ，Ｆ等的负离子。     

袖珍溅射PIG离子源

本文描述一个袖珍端引出溅射PIG离子源。它用SmCo永久磁钢来产生源的约束场。该源既可以产生气体离子,也可以通过阴极溅射,产生相应金属离子。用该源通常可获得Ar~+500—680μA,Ar~(2+)～150μA;当用BF_3做放电气体时,可得B_(11)~+100—130μA,放电功率约为30W。当用Ar做辅助气体时,在30—50W的弧功率下,可得锆、铁、铝等金属离子70多μA;钽离子50—60μA;钛、钼等金属离子30多μA。两个电荷态的金属离子通常约为一个电荷态金属离子的1/2—1/5。     

永磁微波离子源

介绍了2.45 GHz袖珍永磁微波离子源的进展,源的外廓尺寸Φ100 mm×100 mm,重量小于5kg.它可工作于脉冲和连续两种放电模式.在微波功率500 W、引出电压45 kV及等离子体电极发射孔径为5 mm的条件下,对于脉冲模式,峰值流强为100mA,束流密度500mA/cm2;而对于连续模式,流强为60mA,束流密度300 mA/cm2.两种模式的质子比均可达到80%,归一化均方根发射度小于0.1 πmm·mrad.     

表面电离离子源束引出特性

一、引言表面电离离子源在电磁同位素分离器、质谱计、离子发动机、溅射负离子源等装置中得到了广泛的应用。使用表面源(即表面电离离子源)时,总是遇到离子束的束型问题,即表面源的引出特性问题。表面源由于产生离子的机制不同于气体放电离子源,不存在等离子体“弯月面”。离子发射面是电离器表面,它是刚体,不随引出参数和引出束流的变化而变化。因此,用表面源研究透镜效应和束空间电荷的作用是十分有利的。但到目前为止,还未见到对表面源的引出特性作系统的研究。     

CSNS离子源引出电源关键技术研究

详细分析了中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)直线加速器前端离子源引出电源工作原理,针对设计指标要求,提出了一种由40个功率MOSFET管串联组成的高压调制电路方案。在引出脉冲电源系统中对多个MOS管串联存在的问题,包括MOS管串联均压、保护电路、MOS管驱动信号一致性等关键问题进行了分析研究,并给出了有效的解决办法。最后在一台输入为AC220V、脉冲幅值25 k V、脉冲电流600 m A、平均功率为375 W输出的试验样机上验证了理论分析的正确性。经测试,实验结果表明离子源引出脉冲电源满足各项设计指标要求。     

永磁强流ECR离子源

文章介绍一台2.45 GHz永磁强流ECR离子源,其直径为10 cm,长10 cm,重量不足5 kg,可工作在直流模式和脉冲模式.脉冲模式引出的氢离子束峰值流强大于100 mA,束流密度达到500 mA/cm2;直流模式引出束流达到60 mA,束流密度为300 mA/cm2.两种模式的质子比均达到80%.     

全永磁ECR离子源研究进展

ECR(电子回旋共振)离子源是产生稳定的强流多电荷态离子束流最有效装置.全永磁ECR离子源因其独特的特点为很多中小型多电荷态离子束流实验平台与离子注入机等系统所采用,为后者产生重复性好、稳定性强的多电荷态离子束流.本文着重论述了中国科学院近代物理研究所研制的几台全永磁多电荷态ECR离子源及其特性与典型性能,如能产生强流高电荷态离子束流的高性能全永磁离子源LAPECR2,能产生强流中低电荷态离子束流的LAPECR1,能产生多电荷态重金属离子柬流的LAPECRl-M等.这些性能稳定的离子源为提高近代物理研究所相关试验平台的性能提供了关键的束流品质保障.     

MEVVA离子源凸形引出电极的研制

介绍了金属蒸气真空弧(Metal vaporvacuumarc,MEVVA)离子源的凸形引出电极的研制.研究表明,凸形引出电极可以完成离子束的强制发散功能,从而在较短的引出距离和较小的引出电极面积的条件下得到大的束斑和均匀可应用的束流分布.通过对几种不同的电极结构的比较研究,得到了满足应用要求的凸形引出电极.     

中子管用PIG负氢离子源及其束流引出实验研究

PIG离子源用于中子管引出正离子,但在使用过程中存在一定问题,如单原子离子比低、靶材料溅射严重及功耗大等。为解决这些问题,提高中子管的寿命和稳定性,本文设计一种中子管用PIG负氢离子源,并对其束流引出进行实验研究。分别测量了离子源的磁场、不同阴极材料及引出阴极离子发射孔径对引出负氢离子束流的影响。实验数据表明,该负氢离子源可用于制作性能指标良好的中子管。     

BRIF—ISOL系统离子源引出系统设计方法研究

BRIF-ISOL系统离子源的引出系统是决定引出束性能的关键部件。随着束流强度的变化，引出束附近的电位也会随之变化。本工作利用Pierce理论，研究了引出区电位分布随束流密度变化的关系。     

冷阴极潘宁离子源通过表面溅射直接引出负离子

在不引入铯蒸汽的情况下，对袖珍型永磁冷阴极潘宁离子源通过固体表面溅射的方式，直接引出氯、溴等元素的负离子进行了初步研究。利用该源，在气耗量小于２０ｃｍ３／ｈ、弧功率约５０Ｗ的情况下，除了从放电气体中直接引出相关元素的负离子外，分别以ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＦ为阴极靶材，通过表面溅射，在传输效率为１５％时，得到相应元素的负离子分析束Ｆ－６０μＡ、Ｃｌ－６８μＡ、Ｂｒ－３９μＡ。实验中观测到，不同的辅助工作气体对固体表面溅射形成负离子的产额有一定的影响。     

金属真空弧离子源引出强流离子束的数值模拟

为了引出更高强度、更高亮度的铀离子束,以满足重离子研究中心(Gesellschaft für SchwerionenforschungmbH,GSI)重离子同步加速器的需求,本文用三维的计算机程序KOBRA3-INP对金属真空弧离子源(Metalvapor vacuum arcion source,MEVVA)引出强流铀离子束在引出系统和后加速系统中的动力学特性进行了研究,讨论了离子源发射束流密度对引出束性能的影响.结果表明,束流损失主要发生在引出系统和后加速系统之间的漂移区;在假设漂移区束流被空间电荷中和的情况下,模拟结果和实验结果符合;在发射束流密度为180-230 mA/cm2范围内,经后加速的束流强度变化不大.     

Calutron离子源离子束引出中的两次等离子体聚焦过程

从等离子体中引出离子束,是气体放电离子源研制中的一个重要课题。与电子枪中从阴极引出电子束相比,有类似之处,即离子离开等离子体后所遵从的基本物理规律(如泊松方程、运动方程和连续方程)和电子离开阴极后所遵从的基本物理规律是一样的。但是也有不同之处,最重要之点是电子枪中的阴极为固态发射体,发射面固定,而离子源中的等离子体却是位形可变的发射体。因此,使得从等离子体中引出离子束的物理过程,变得比电子枪复杂得多。经过不断的研究,人们逐渐认识了从等离子体中引出离子束时的等离子体聚焦过程。     

真空弧离子源引出束流在加速空间的分布

采用数码相机直接照相的方法来确定真空弧离子源引出束流在加速空间的分布。实验在动态真空实验系统中进行,系统真空度优于2×10-3 Pa。在离子源脉冲工作的条件下,采用数码相机拍摄到离子源引出束流在加速空间的积分图像,得到引出束流的幅亮度在拍摄平面上的相对分布,然后再通过Abel转换得到引出束流在加速空间的径向分布。实验结果表明:真空弧离子源引出束流近似高斯分布,离子源出口处的束流比靶入口处的束流强40%。     

高性能全永磁ECR离子源LAPECR2的研制

研制了一台体积和重量都较大、设计性能较高的全永磁电子回旋共振(Electron cyclotron resonance,ECR)离子源LAPECR2(Lanzhou all permanent magnetic ECRion source No.2 ).该离子源将用于中国科学院近代物理研究所320 kV高压平台,为其提供强流高电荷态离子束流.LAPECR2的研制采用全新的全永磁磁体结构设计,通过采用高性能的NdFeB永磁材料、优化的磁结构设计以及精确的计算,实测源体的磁场参数能达到高性能ECR离子源的设计要求.离子源采用较高频率的14.5 GHz微波馈入加热等离子体,波导直接馈入离子源以增强馈入微波的稳定性与效率.此外,还大量采用了一些有利于提高离子源高电荷态离子产额的关键技术,如铝内衬等离子体弧腔、负偏压盘、铝制等离子体电极、三电极引出系统、辅助掺气等.     

从离子源引出的离子束张角与导流系数的关系

本文研究从离子源引出的离子束张角与导流系数的关系。它指出对于缝引出的导流系数较低的离子束张角近似与导流系数的1/2次方成正比,且在某一导流系数处达到峰值。文中导出了计算张角峰值及其相应的导流系数值的近似公式。上述结果与文献[1]中的实验结果一致。     

强流高电荷态全永磁ECR离子源LAPECR2的初步调试

研制成功了一台强流高电荷态全永磁ECR（Electron Cyclotron Resonance）离子源LAPECR2（Lanzhou All Permanent Magnet ECR Ion Source No．2）。该离子源在完成磁体装配后已成功在近代物理研究所320kV高压平台上安装就位,与后束运线完成对接组装。离子源于2005年7月在14．5GHz实现了第一次成功起弧,并引出较强的混合束流。目前离子源已与后束线以及部分实验终端完成了联调,在实验终端能够获得强流较高电荷态的离子束流。本文将着重论述该全永磁源的结构技术特点和主要参数指标。本文还着重论述了LAPECR2离子源在14．5GHz微波功率馈入条件下的初步调试结果,在此基础上对束流向实验终端联调的实验结果进行了讨论,着重分析了影响束流引出与传输效率的主要因素。